05.10.2019     0
 

Белый шум или розовый шум


Основные «цвета» шумов

Цветовые соответствия различных типов шумового сигнала определяются с помощью графиков (гистограмм) спектральной плотности, то есть распределения мощности сигнала по частотам. Кроме того, при анализе реальных сигналов большое значение имеет оценка автокорреляционной функции процесса; из всех видов шума белый шум является единственным процессом, в котором значения сигнала в разные моменты времени не зависят друг от друга и никак не связаны (автокорреляция отсутствует).

Белый шум

Белый шум — это сигнал с равномерной спектральной плотностью на всех частотах и дисперсией, равной бесконечности. Является стационарным случайным процессом.

Другими словами, такой сигнал имеет одинаковую мощность в одинаковой полосе частот любой части диапазона. К примеру сигнал полосой в 20 Гц между 40 и 60 Гц имеет такую же мощность, что и сигнал полосой 20 Гц между 4000 и 4020 Гц.
Неограниченный по частоте белый шум возможен только в теории, так как в этом случае его мощность бесконечна. На практике сигнал может быть белым шумом только в ограниченной полосе частот.

Спектр белого шума

Спектр белого шума

(аудио)
10 секунд белого шума
Помощь по воспроизведению

В прикладных областях известен также как мерцательный (фликкер-шум), 1/f шум. Спектральная плотность мощности розового шума определяется формулой ~1/f{displaystyle 1/f} (плотность обратно пропорциональна частоте), то есть он является равномерно убывающим в логарифмической шкале частот. Например, мощность сигнала в полосе частот между 40 и 60 Герц равна мощности в полосе между 4000 и 6000 Герц. Спектральная плотность такого сигнала по сравнению с белым шумом затухает на 3 децибела на каждую октаву. Шум мерцаний обладает «памятью» о своём прошлом, равномерной в логарифмической шкале времени.

Розовый шум обнаруживается, например, в сердечных ритмах, в графиках электрической активности мозга, в электромагнитном излучении космических тел, а также практически в любых электронных и механических устройствах.

Иногда обобщённым розовым шумом называют любой шум, спектральная плотность которого уменьшается с увеличением частоты, то есть включают также красный (броуновский) и другие случайные процессы с забыванием во времени.

Спектр розового шума

Спектр розового шума

(аудио)
10 секунд розового шума
Помощь по воспроизведению
Спектральная плотность красного шума пропорциональна 1/f², где f — частота. Это означает, что на низких частотах шум имеет больше энергии, чем на высоких. Энергия шума падает на 6 децибел на октаву. Акустический красный шум слышится как приглушённый, в сравнении с белым или розовым шумом. Может быть получен путём интегрирования белого шума (с математической точки зрения интеграл от гауссовского белого шума известен под названием «винеровский процесс«) или с помощью алгоритма, симулирующего броуновское движение. Спектр красного шума зеркально-противоположен спектру фиолетового.

На слух броуновский шум воспринимается более «тёплым», чем белый.

Иногда (обычно в текстах, переведенных с английского языка) этот шум называют также «коричневым», переводя фамилию Роберта Броуна (Брауна) (Brown) на русский. «Коричневый» шум назван так не из-за спектра мощности, соответствующего коричневому цвету, а как характерный для броуновского (брауновского) движения. Название «красный шум» описывает форму спектра мощности (и розовый шум оказывается промежуточным между красным и белым). Также известен как шум случайных блужданий или «шум пьяной ходьбы».

Спектр броуновского шума

Спектр броуновского шума

(аудио)
10 секунд броуновского шума
Помощь по воспроизведению

Синий (голубой) шум

Синий шум — вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 3 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность увеличивается с ростом частоты, и, аналогично белому шуму, на практике он должен быть ограничен по частоте. На слух синий шум воспринимается более резким, нежели белый. Близким к синему шуму является спектр черенковского излучения. Синий шум получается, если продифференцировать розовый шум[источник не указан 2084 дня]; их спектры зеркальны.
Спектр синего шума

Спектр синего шума

(аудио)
10 секунд синего шума
Помощь по воспроизведению

Фиолетовый шум

Фиолетовый шум — вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 6 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность пропорциональная квадрату частоты и, аналогично белому шуму, на практике он должен быть ограничен по частоте. Фиолетовый шум получается, если продифференцировать белый шум по времени[1]. Спектр фиолетового шума зеркально противоположен спектру красного.
Спектр фиолетового шума

Спектр фиолетового шума

(аудио)
10 секунд фиолетового шума
Помощь по воспроизведению

Серый шум

Термин серый шум относится к шумовому сигналу, который имеет одинаковую субъективную громкость для человеческого слуха на всём диапазоне воспринимаемых частот. Спектр серого шума получается, если сложить спектры броуновского и фиолетового шумов. В спектре серого шума виден большой «провал» на средних частотах, однако человеческий слух субъективно воспринимает серый шум как равномерный по спектральной плотности (без преобладания каких-либо частот).
Спектр серого шума

Спектр серого шума

(аудио)
10 секунд серого шума
Помощь по воспроизведению

Американский глоссарий Федерального стандарта 1037C по телекоммуникациям даёт определения белому, розовому, синему и чёрному шуму[2].

Предлагаем ознакомиться:  Можно ли делать маммограмму при беременности

Цветовые соответствия различных типов шумового сигнала определяются с помощью графиков (гистограмм) спектральной плотности, то есть распределения мощности сигнала по частотам.

Белый шум

Белый шум — это сигнал с равномерной спектральной плотностью на всех частотах и дисперсией, равной бесконечности. Является стационарным случайным процессом.

alt

Спектр белого шума

Другими словами, такой сигнал имеет одинаковую мощность в любой полосе частот. К примеру полоса сигнала в 20 герц между 40 и 60 герц имеет такую же мощность, что и полоса между 4000 и 4020 герц. Неограниченный по частоте белый шум возможен только в теории, так как в этом случае его мощность бесконечна. На практике сигнал может быть белым шумом только в ограниченной полосе частот.

alt

Спектр розового шума

Розовый шум

Спектральная плотность розового шума определяется формулой ~1 / f (плотность обратно пропорциональна частоте), то есть он является равномерным в логарифмической шкале частот. Например, мощность сигнала в полосе частот между 40 и 60 герц равна мощности в полосе между 4000 и 6000 герц. Спектральная плотность такого сигнала по сравнению с белым шумом затухает на 3 децибела на каждую октаву.

Иногда розовым шумом называют любой шум, спектральная плотность которого уменьшается с увеличением частоты.

alt

Спектр броуновского шума

Броуновский шум схож с розовым шумом, однако его спектральная плотность затухает на 6 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность обратно пропорциональна квадрату частоты. Может быть получен, если проинтегрировать белый шум, или с помощью алгоритма, симулирующего броуновское движение. Спектр красного шума (в логарифмической шкале) зеркально противоположен спектру фиолетового.

alt

Спектр синего шума

Синий (голубой) шум

Синий шум — вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 3 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность пропорциональна частоте и, аналогично белому шуму, на практике он должен быть ограничен по частоте. На слух синий шум воспринимается более «холодным», «кислым», нежели белый. Синий шум получается, если продифференцировать розовый шум; их спектры зеркальны.

alt

Предлагаем ознакомиться:  Что означает белый налет во рту у грудничка

Спектр фиолетового шума

Фиолетовый шум

Фиолетовый шум — вид сигнала, чья спектральная плотность увеличивается на 6 дБ на октаву. То есть его спектральная плотность пропорциональная квадрату частоты и, аналогично белому шуму, на практике он должен быть органичен по частоте. Фиолетовый шум получается, если продифференцировать белый шум. Спектр фиолетового шума зеркально противоположен спектру красного.

alt

Спектр серого шума

Серый шум

Термин серый шум относится к шумовому сигналу, который имеет одинаковую громкость для человеческого уха на всём диапазоне частот. Спектр серого шума получается, если сложить спектры броуновского и фиолетового шумов. В спектре серого шума виден большой «провал» на средних частотах, однако человеческое ухо воспринимает серый шум точно так же, как и белый.

Глоссарий Федерального стандарта 1037C по телекоммуникациям даёт определения белому, розовому, синему и чёрному шуму[1].

Другие

Оранжевый шум

Оранжевый шум — квазистационарный шум с конечной спектральной плотностью. Спектр такого шума имеет полоски нулевой энергии, рассеянные по всему спектру. Эти полоски располагаются на частотах музыкальных нот[3].

Красный шум

Красный шум — может быть как синонимом броуновского шума, так и обозначением естественного шума, характерного для больших водоёмов — морей и океанов, поглощающих высокие частоты. Красный шум слышен с берега от отдалённых объектов, находящихся в океане.

Зелёный шум

Зелёный шум — имитация шума естественной среды, без искусственных звуков. Подобен розовому шуму с усиленной областью частот в районе 500 Гц[3].
(аудио)
10 секунд зелёного шума
Помощь по воспроизведению

Чёрный шум

Термин «чёрный шум» имеет несколько определений:

  • Тишина
  • Шум со спектром 1/fβ, где β {amp}gt; 2 (Manfred Schroeder, «Fractals, chaos, power laws»). Используется для моделирования различных природных процессов. Считается характеристикой «природных и искусственных катастроф, таких как наводнения, обвалы рынка и т. п.»
  • Шум, спектр которого имеет преимущественно нулевую энергию за исключением нескольких пиков[4]
  • Аудио шум с характеристиками белого шума в ультразвуковом диапазоне (с частотой более 20 кГц), аналогичный т. н. «черному свету» (с частотами слишком высокими, чтобы его можно было воспринимать, но способному воздействовать на наблюдателя или приборы).
  • Шум со спектром, близким к спектру излучения абсолютно чёрного тела. Таким может быть, например, хокингово излучениечёрной дыры.
  • Джордж Марсалья, разработчик таблицы высококачественных случайных чисел, построил её из дробового шума диодной цепи и обработанной рэп-музыки. Если первое — один из лучших искусственных источников белого шума, то второе неполиткорректно назвали «чёрным шумом».
Предлагаем ознакомиться:  Отрубевидный лишай при беременности. Лишай у беременных: розовый, отрубевидный и другие виды, влияние на плод и лечение

Оранжевый шум

Оранжевый шум — квазистационарный шум с конечной спектральной плотностью. Спектр такого шума имеет полоски нулевой энергии, рассеянные по всему спектру. Эти полоски располагаются на частотах музыкальных нот[2].

Красный шум

Красный шум — может быть как синонимом броуновского или розового шума, так и обозначением естественного шума, характерного для больших водоёмов — морей и океанов, поглощающих высокие частоты. Красный шум слышен с берега от отдалённых объектов, находящихся в океане.

Зелёный шум

Зелёный шум — шум естественной среды. Подобен розовому шуму с усиленной областью частот в районе 500 Гц[2].

Чёрный шум

Термин «чёрный шум» имеет несколько определений:

  • Тишина
  • Шум со спектром 1/fβ, где β {amp}gt; 2 (Manfred Schroeder, «Fractals, chaos, power laws»). Используется для моделирования различных природных процессов. Считается характеристикой «природных и искусственных катастроф, таких как наводнения, обвалы рынка и т. п. «
  • Ультразвуковой белый шум (с частотой более 20 кГц), аналогичный т. н. «черному свету» (с частотами слишком высокими, чтобы его можно было воспринимать, но способному воздействовать на наблюдателя или приборы).
  • Шум, спектр которого имеет преимущественно нулевую энергию за исключением нескольких пиков[1].

Примечания

  1. 12Telecommunications: GLOSSARY OF TELECOMMUNICATION TERMS(англ.)
  2. 12The colours of noise. Joseph S. Wisniewski, Ford Motor Company(англ.)

Интересные факты

  • «Зелёный шум» — известная картина 1904 г. А. А. Рылова, название которой предложено художником К. Ф. Богаевским как отражение стихотворения 1863 г. Н. А. Некрасова, которое в свою очередь было написано по мотивам древнего языческого фольклора Киевской Руси и танца-песни Шума и Шумихи, записанного в известной этнографической работе 1856 г. профессора Киевского университета М. А. Максимовича[5]. Использован термин «первый зелёный шум» и в «Календаре природы» М. М. Пришвина. В обоих случаях понятие «зелёный шум» означает период весны, когда массово начинают распускаться почки лиственных деревьев, что со стороны выглядит как зелёная дымка в кронах.


Об авторе: admin4ik

Ваш комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector